Badania gruntu, inaczej gruntoznawstwo
Gruntoznawstwo, znane również jako geotechniczne badania gruntu, jest dziedziną nauki zajmującą się badaniem właściwości gruntów budowlanych. Stanowi ono integralny dział geologii inżynierskiej. Przedmiotem badań gruntoznawstwa są właściwości fizyczne, mechaniczne oraz fizykochemiczne gruntów, a także ocena ich zmienności w zależności od składu mineralnego, chemicznego, struktury i tekstury oraz chemizmu wody porowej i powietrza porowego. Właściwości te zależą od genezy, warunków sedymentacji, diagenezy oraz wywieranych na grunty obciążeń.
Tradycyjnie gruntoznawstwo koncentruje się na badaniu gruntów nieskalistych, podczas gdy badaniem właściwości gruntów skalistych zajmuje się mechanika skał. Istnieje ścisłe powiązanie gruntoznawstwa z innymi działami geologii inżynierskiej, takimi jak geodynamika inżynierska, regionalna geologia inżynierska, mechanika gruntów oraz geotechnika. Wyniki badań gruntoznawczych są wykorzystywane w projektowaniu i realizacji obiektów budowlanych oraz w prognozowaniu zmian właściwości gruntów w trakcie wykonywania tych obiektów. Dlatego też często gruntoznawstwo bywa mylnie utożsamiane z geotechniką, zwłaszcza w części dotyczącej bezpośrednio badań fizycznych i mechanicznych gruntów.
Gruntoznawstwo jako nauka przyrodnicza jest powiązane z wieloma innymi dyscyplinami, w tym hydrogeologią, mineralogią, petrografią, chemią oraz gleboznawstwem. Gleboznawstwo i gruntoznawstwo zajmują się podobnymi, sąsiadującymi środowiskami (gleba–grunt), a metodyka badań wielu parametrów, szczególnie fizycznych i fizykochemicznych, jest identyczna w obydwu dyscyplinach. Gleboznawstwo to nauka o glebach, ich genezie, ewolucji, właściwościach fizycznych, fizykochemicznych, chemicznych i biologicznych, klasyfikacji gleb oraz geografii gleb. Jeśli chodzi o zakres badań gleboznawstwa, wchodzą w nie także problemy związane z np. z zanieczyszczaniem, ochroną i polepszaniem gleb.
Podstawową różnicą jest niezbędna obecność substancji organicznej w fazie stałej gleb, podczas gdy w gruntach występuje ona tylko w określonych przypadkach. Przykładem powiązania obydwu dyscyplin jest terminologia angielska, gdzie termin „soils” oznacza zarówno gleby, jak i grunty. W języku polskim również stosuje się pojęcie „grunty orne” do określenia gleb rozpatrywanych dla celów rolniczych. Historia badań w obu dyscyplinach pokazuje, że metody różnych oznaczeń były wzajemnie zapożyczane, jak np. definicja granic konsystencji opracowana przez szwedzkiego uczonego A. Atterberga w 1911 roku .
Wiele metod badania właściwości fizycznych i fizykochemicznych gruntów opisanych dotyczy także badań utworów glebowych. Są to m.in. oznaczenia wilgotności, składu granulometrycznego, gęstości, porowatości, granic konsystencji, skurczu, pęcznienia, współczynnika filtracji, zawartości i charakteru substancji organicznej oraz odczynu (pH).
Jednak sposób oceny wyników badań gruntów dla celów budowlanych różni się od oceny badań gleb dla celów rolniczych, co skutkuje różnymi wartościami otrzymywanych parametrów.
Źródło:
Myślińska, E. (2016). Laboratoryjne badanie gruntów i gleb. Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego.
Badanie gruntów sondą statyczną wkręcaną – historia
W badaniach geologiczno-inżynierskich podłoża coraz większe znaczenie mają sondowania statyczne i dynamiczne, wykorzystujące różnego typu sondy. Jedną z zalecanych sond, zgodnie jest sonda wkręcana. Opracowana w Szwecji w latach dwudziestych XX wieku, w Polsce zaczęła być stosowana kilkadziesiąt lat temu. Pierwsze prace badawcze z użyciem tej sondy, o charakterze wdrożeniowym, zostały przeprowadzone w rejonie Gdańska na utworach deltowych.
Warto sprawdzić:
Podjęto również próby określenia cech fizyczno-mechanicznych gruntów na podstawie wyników uzyskanych za pomocą tej sondy. Sondę wkręcaną zastosowano także w badaniach gruntów bagiennych w rejonie Świnoujścia, gdzie wykonano podobny zakres prac jak dla gruntów deltowych. Sprawdź wszystkie rodzaje wiertnic geotechnicznych służących do badania gruntu.
Źródło:
Borowczyk, M., & Frankowski, Z., Badania gruntów statyczną sondą wkręcaną.
Czy badanie gruntu jest obowiązkowe? Kategorie geotechniczne gruntu
Badanie geotechniczne gruntu jest ważnym elementem procesu budowlanego, szczególnie w kontekście ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych. Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 25 kwietnia 2012 r., kategorie geotechniczne ustala się w opinii geotechnicznej w zależności od stopnia skomplikowania warunków gruntowych oraz konstrukcji obiektu budowlanego, a więc w niektórych przypadkach mogą być niewymagane. Kategorie te charakteryzują się różnym stopniem możliwości przenoszenia odkształceń i drgań, złożonością oddziaływań, stopniem zagrożenia życia i mienia, jak również wartością zabytkową lub techniczną obiektu oraz jego wpływem na środowisko.
Podział warunków gruntowych
- Proste – obejmujące warstwy gruntów jednorodnych genetycznie i litologicznie, zalegających poziomo, bez mineralnych gruntów słabonośnych, gruntów organicznych i nasypów niekontrolowanych, przy zwierciadle wody poniżej poziomu posadowienia oraz braku niekorzystnych zjawisk geologicznych.
- Złożone – obejmujące warstwy gruntów niejednorodnych, nieciągłych, zmiennych genetycznie i litologicznie, w tym grunty słabonośne, organiczne i nasypy niekontrolowane, przy zwierciadle wód gruntowych na poziomie posadowienia lub powyżej oraz braku niekorzystnych zjawisk geologicznych.
- Skomplikowane – obejmujące warstwy gruntów z niekorzystnymi zjawiskami geologicznymi, takimi jak zjawiska krasowe, osuwiskowe, sufozyjne, kurzawkowe, glacitektoniczne, grunty ekspansywne i zapadowe, obszary szkód górniczych, doliny i delty rzek oraz obszary morskie.
Kategorie geotechniczne obiektu budowlanego
- Pierwsza kategoria geotechniczna – dotyczy posadawiania niewielkich obiektów budowlanych o prostym schemacie obliczeniowym w prostych warunkach gruntowych, jak 1- lub 2-kondygnacyjne budynki mieszkalne i gospodarcze, ściany oporowe i rozparcia wykopów do 2,0 m różnicy poziomów, wykopy do głębokości 1,2 m i nasypy budowlane do wysokości 3,0 m.
- Druga kategoria geotechniczna – obejmuje obiekty budowlane w prostych i złożonych warunkach gruntowych, wymagające szczegółowej oceny danych geotechnicznych, jak fundamenty bezpośrednie lub głębokie, ściany oporowe, wykopy, nasypy budowlane, przyczółki i filary mostowe, kotwy gruntowe.
- Trzecia kategoria geotechniczna – dotyczy obiektów budowlanych w skomplikowanych warunkach gruntowych, nietypowych obiektów budowlanych, których wykonanie może stwarzać poważne zagrożenie, takich jak obiekty energetyki, rafinerie, zakłady chemiczne, zapory wodne, budowle stoczniowe, platformy wiertnicze, budynki wysokościowe, tunele w twardych skałach, obiekty infrastruktury krytycznej, obiekty zabytkowe i monumentalne.
Kategoria geotechniczna obiektu lub jego części jest określana przez projektanta na podstawie badań geotechnicznych, których zakres jest uzgodniony z wykonawcą robót geotechnicznych. W przypadku stwierdzenia innych warunków geotechnicznych niż przyjęte w badaniach, projektant ma obowiązek zmiany kategorii geotechnicznej obiektu budowlanego.
Źródło:
Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 25 kwietnia 2012 r. w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych.
Metody i zakres badania gruntów
Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 25 kwietnia 2012 r. w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych, badanie gruntów obejmuje ocenę fizycznych i mechanicznych parametrów gruntu, takich jak: kąt tarcia wewnętrznego, spójność, wytrzymałość na ścinanie bez odpływu, moduł ściśliwości lub odkształcenia. Te parametry mogą być uzyskiwane w badaniach laboratoryjnych lub w terenie, przy zastosowaniu następujących metod:
Sondowania statyczne i dynamiczne
Sondowanie statyczne polega na wciskaniu sondy w grunt z kontrolowaną prędkością, umożliwiając ocenę oporu gruntu na różnych głębokościach. Jest to metoda pozwalająca na uzyskanie szczegółowych informacji o warstwach gruntowych i ich właściwościach.
Sondowanie dynamiczne polega na wbijaniu sondy w grunt za pomocą uderzeń młota o kontrolowanej energii. Metoda ta jest stosowana głównie do szybkiego określania parametrów gruntu w różnych warstwach.
Badania presjometryczne i dylatometryczne
Badania presjometryczne polegają na wprowadzeniu specjalnej sondy do otworu w gruncie, a następnie rozszerzaniu jej pod kontrolowanym ciśnieniem. Pomiar reakcji gruntu na rozszerzanie pozwala na określenie parametrów takich jak moduł ściśliwości i wytrzymałość gruntu.
Badania dylatometryczne wykorzystują płaski dylatometr, który jest wciskany do gruntu, a następnie rozszerzany. Pomiar ciśnienia i odkształcenia umożliwia ocenę modułu odkształcenia i innych właściwości mechanicznych gruntu.
Warto sprawdzić:
Badania sondą krzyżakową
Badania te wykorzystują sondę krzyżakową, która jest wprowadzana do gruntu i obracana w celu pomiaru oporu na ścinanie. Metoda ta pozwala na określenie spójności gruntu i kąta tarcia wewnętrznego, dostarczając danych niezbędnych do oceny wytrzymałości gruntu.
Badania próbnych obciążeń gruntu
Metoda ta polega na obciążeniu gruntu w terenie za pomocą płyt lub fundamentów próbnych i mierzeniu osiadania lub odkształcenia gruntu w odpowiedzi na obciążenie. Wyniki tych badań pozwalają na bezpośrednie określenie nośności i modułu odkształcenia gruntu.
Źródło:
Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 25 kwietnia 2012 r. w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych, §6 pkt. 2.
Ile mogą kosztować badania gruntu?
Koszt badań gruntu może znacznie się różnić w zależności od kilku czynników, takich jak zakres i rodzaj badań, lokalizacja terenu, dostępność specjalistycznego sprzętu oraz wielkość i złożoność projektu budowlanego. W Polsce, podstawowe badania geotechniczne, które obejmują sondowania, pobór próbek oraz analizy laboratoryjne, mogą kosztować od kilkuset do kilku tysięcy złotych za punkt badawczy. Dla bardziej złożonych projektów, gdzie wymagane są zaawansowane techniki badawcze, takie jak badania presjometryczne, dylatometryczne lub próbne obciążenia gruntu, koszty mogą wynosić od kilku tysięcy do kilkunastu tysięcy złotych. Ceny mogą być wyższe w dużych miastach oraz na terenach trudno dostępnych lub wymagających specjalistycznych rozwiązań.
Jaki jest cel badań gruntu?
Celem badań geotechnicznych gruntu jest uzyskanie szczegółowych informacji o właściwościach fizycznych, mechanicznych i chemicznych gruntu, które są niezbędne do prawidłowego projektowania i posadawiania obiektów budowlanych. Badania te pozwalają na określenie nośności gruntu, jego wytrzymałości na ścinanie, ściśliwości, a także innych parametrów, które wpływają na stabilność i bezpieczeństwo konstrukcji. Dzięki badaniom geotechnicznym możliwe jest identyfikowanie potencjalnych problemów związanych z warunkami gruntowymi, takich jak osuwiska, kurzawki, czy obszary o wysokim poziomie wód gruntowych, co pozwala na zaplanowanie odpowiednich środków zaradczych. Badania te są kluczowe dla minimalizacji ryzyka budowlanego oraz zapewnienia trwałości i bezpieczeństwa projektowanych obiektów.
Bibliografia:
- Myślińska, E. (2016). Laboratoryjne badanie gruntów i gleb. Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego.
- Borowczyk, M., & Frankowski, Z., Badania gruntów statyczną sondą wkręcaną.
- Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 25 kwietnia 2012 r. w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych.
